DE3638923A1

DE3638923A1 - Integrierte schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE3638923A1
Application number: DE19863638923
Authority: DE
Inventors: Karl-Diether Dipl Ing Nutz
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Atmel Germany GmbH
Priority date: 1986-11-14
Filing date: 1986-11-14
Publication date: 1988-05-26
Also published as: DE3638923C2

Description

Ein Lateraltransistor kommt bekanntlich dann in die Sättigung, wenn sein Kollektor Emitterpotential annimmt. In diesem Fall fließt ein erheblicher Teil des Emitterstromes zum Substrat ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine inte grierte Schaltungsanordnung mit einem Lateraltransistor anzugeben, bei der die unerwünschten Sättigungseffekte in positiver Weise ausgenutzt werden. Diese Aufgabe wird bei einer integrierten Schaltungsanordnung mit einem Lateraltransistor nach der Erfindung dadurch ge löst, daß der Lateraltransistor eine Halbleiterzone vom Leitungstyp der Kollektorzone des Lateraltransistors aufweist, daß die Halbleiterzone vom Leitungstyp der Kollektorzone des Lateraltransistors die Kollektorzone des Lateraltransistors zumindest teilweise umgibt und daß die Halbleiterzone vom Leitungstyp der Kollektorzo ne mit dem Emitter eines dem Lateraltransistors nachge schalteten Verstärkertransistors oder mit einem Strom detektor elektrisch leitend verbunden ist.

Ein einem Lateraltransistor nachgeschalteter Verstär kertransistor hat die Aufgabe, den Strom des Lateral transistors zu verstärken, damit ein am Ausgang einer solchen Schaltung angeschlossener Verbraucher eine hö here Leistung erhält, als dies ohne den Verstärkertran sistor der Fall wäre. Verbindet man die nach der Erfin dung vorgesehene Halbleiterzone vom Leitungstyp der Kollektorzone mit dem Emitter des dem Lateraltransistor nachgeschalteten Verstärkertransistors, so stellt sich im Sättigungsfall am Emitter des Verstärkertransistors und damit am Ausgang der aus dem Lateraltransistor und dem Verstärker bestehenden Schaltung ein Potential ein, welches höher ist als dasjenige Potential, welches ohne die nach der Erfindung vorgesehene Halbleiterzone vom Leitungstyp der Kollektorzone und ohne die Verbindung dieser Zone mit dem Emitter des Verstärkertransistors am Emitter des Verstärkertransistors vorhanden wäre.

Verbindet man die nach der Erfindung vorgesehene Halb leiterzone vom Leitungstyp der Kollektorzone mit einem Stromdetektor oder über den Stromdetektor mit einer Logik, so ermöglicht die oben beschriebene Halbleiter zone vom Leitungstyp der Kollektorzone ein Erkennen der Sättigung des Kollektors.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispie len erläutert.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden zunächst an zwei Schaltungsbeispielen in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 erläutert. Die Fig. 1 zeigt einen (gestrichelt umrahmten) Lateraltransistor T 1 mit dem Emitter E, der Basis B und Kollektor K. Gemäß der Erfindung weist der Lateraltransistor T 1 eine Halbleiterzone H vom Leitungs typ der Kollektorzone des Lateraltransistors auf. Au ßerdem ist noch eine Schutzzone S vom Leitungstyp der Kollektorzone des Lateraltransistors vorhanden, auf deren Bedeutung später eingegangen wird. Die Halblei terzone H vom Leitungstyp der Kollektorzone befindet sich zwischen der Kollektorzone K des Lateraltransistors und der Schutzzone S.

Dem Lateraltransistor T 1 ist ein Verstärkertransistor T 2 nachgeschaltet. Die Basis des Verstärkertransistors T 2 wird vom Kollektor K des Lateraltransistors ange steuert. Der Verstärkertransistor T 2 verstärkt den Kol lektorstrom des Lateraltransistors T 1. Nach der Erfin dung ist die Halbleiterzone H des Lateraltransistors mit dem Emitter des Verstärkertransistors elektrisch leitend verbunden.

Gelangt der Lateraltransistor in die Sättigung (Kollek torpotential ≈ Emitterpotential), so wird der Kollektor K des Lateraltransistors zum Emitter und emittiert ei nen Strom, der im wesentlichen von der den Kollektor K umgebenden Halbleiterzone H vom Leitungstyp der Kollek torzone aufgenommen und wegen der elektrischen Verbin dung der Halbleiterzone H mit dem Emitter des Verstär kertransistors T 2 an den Emitter des Verstärkertransi stors T 2 weitergegeben wird. Dadurch erhöht sich das Potential am Emitter des Verstärkertransistors T 2 und damit am Ausgang A der Schaltung.

Wird an den Ausgang A beispielsweise ein Kondensator geschaltet, so lädt sich dieser Kondensator entsprechend dem Potential am Ausgang A auf. Ohne den Verstärker transistor T 2 und ohne die Halbleiterzone H wäre am Ausgang A ein relativ geringer Strom vorhanden, so daß der Kondensator in diesem Fall relativ langsam bis zum Erreichen des Potentials V 1 am Ausgang A aufgeladen würde. Der Verstärkertransistor T 2 erhöht den Strom am Ausgang A und sorgt dadurch für eine schnellere und stärkere Ladung des Kondensators, allerdings nur auf das Potential V 2, bedingt durch die Basis-Emitterspan nung von T 2. Ist neben dem Verstärkertransistor T 2 beim Lateraltransistor erfindungsgemäß die Halbleiterzone H vorhanden, so sorgt diese für eine weitere Ladung des Kondensators und damit für eine weitere Erhöhung des Potentials am Ausgang A auf V 1.

Die Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Schaltung der Fig. 2 enthält wiederum den Lateraltransistor T 1 mit der erfindungsgemäßen Halb leiterzone H vom Leitungstyp der Kollektorzone des La teraltransistors sowie den nachgeschalteten Verstärker transistor T 2. Der von der Halbleiterzone H im Sätti gungszustand des Lateraltransistors übernommene Strom wird im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 nicht dem Emit ter des Verstärkertransistors T 2, sondern einem Strom detektor SD zugeführt. Da dieser Strom erst fließen kann, wenn der Kollektor in Sättigung kommt, ist es damit z.B. möglich, den Ansteuerstrom für den Transi stor T 1 über diesen Stromdetektor gerade soweit zu re duzieren, daß der Transistor T 1 noch in Sättigung bleibt. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Transistor T 1 als Stromquelle benützt, um einen Konden sator zu laden. Bei Erreichen der Endspannung wird das Erreichen der Endspannung über die Halbleiterzone H vom Leitungstyp der Kollektorzone erkannt und ausgewertet, und der Ladestrom wird weitgehend zurückgenommen.

Die folgenden Figuren zeigen Ausführungsbeispiele für die Struktur des erfindungsgemäßen Lateraltransistors T 1, und zwar jeweils in der Draufsicht sowie in einer perspektivischen Schnittdarstellung. Die Fig. 3 (3a und 3b) zeigt in der Mitte die Emitterzone E des Late raltransistors T 1, die von einer ringförmigen Kollek torzone K umgeben wird. Zwischen der Emitterzone E und der Kollektorzone K befindet sich die Basiszone B. Der Kollektor K wird erfindungsgemäß von der Halbleiterzone H umgeben, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 eben falls ringförmig ausgebildet ist. Die Halbleiterzone H hat denselben Leitungstyp wie die Kollektorzone K des Lateraltransitors. Zwischen der Halbleiterzone H und der Kollektorzone K befindet sich ein Bereich der Ba siszone B. Die Emitterzone E, die Basiszone B und die Halbleiterzone H sind beim fertigen Lateraltransistor kontaktiert. Die Elektroden sind jedoch der Übersicht wegen in den Figuren nicht dargestellt. Die Halbleiter zone H wird von einer Separationszone (SEP) umgeben, die den Lateraltransistor von anderen Bauelementen der Schaltung elektrisch trennt, deren Leitungstyp mit dem der Halbleiterzone H übereinstimmt. Zwischen der Sepa rationszone SEP und der Halbleiterzone H befindet sich ein Bereich der Basiszone B. Wie bereits beschrieben, übernimmt die Halbleiterzone H vom Leitungstyp der Kol lektorzone im Sättigungszustand einen Strom, der vom Kollektor K ausgeht, weil der Kollektor K im Sättigungs fall die Funktion eines Emitters übernimmt. Die Kollek torzone K wirkt dann als Emitter, wenn ihr Potential das Potential der Basiszone B übersteigt.

Die Fig. 4 (4a und 4b) unterscheidet sich von der Fig. 3 dadurch, daß der Lateraltransistor nicht nur eine Halbleiterzone vom Leitungstyp der Kollektorzone auf weist, sondern zwei solche Halbleiterzonen, die mit H 1 und H 2 bezeichnet sind. Die beiden Halbleiterzonen H 1 und H 2, die von einer Separationszone SEP umgeben sind, umgeben die Kollektorzone K ringförmig und zwar umgibt die Halbleiterzone H 1 die Kollektorzone K und die Halb leiterzone H 2 die Halbleiterzone H 1. Zwischen der Emit terzone E und der Kollektorzone K sowie zwischen der Halbleiterzone H 1 und der Kollektorzone K sowie auch zwischen der Halbleiterzone H 2 und der Halbleiterzone H 1 sind beim Lateraltransistor der Fig. 4 Bereiche der Basiszone B des Lateraltransistors vorhanden. Die Kol lektorzone K, die Halbleiterzone H 1 sowie die Halblei terzone H 2 sind beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 konzentrisch zur Emitterzone E des Lateraltransistors angeordnet. Entsprechendes gilt auch für den Lateral transistor der Fig. 3 sowie auch für die Lateraltran sistoren der folgenden Figuren. Die Verwendung von zwei Halbleiterzonen vom Leitungstyp der Kollektorzone hat den Vorteil, daß man nun wiederum als folge der Sätti gung der Zone H 1 nochmal eine Reaktion auslösen kann, und zwar dadurch, daß über H2 eine Stromsensor-Schal tung angesteuert wird.

Der Lateraltransistor der Fig. 5 unterscheidet sich vom Lateraltransistor der Fig. 3 dadurch, daß der Kol lektor in verschiedene Bereiche aufgeteilt ist. Im Aus führungsbeispiel der Fig. 5 sind es die vier Bereiche K 1, K 2, K 3 und K 4, die im Ausführungsbeispiel als Ring segmente ausgebildet sind, die die Emitterzone E kon zentrisch umgeben. Die Kollektorbereiche K 1, K 2, K 3 und K 4 sind von der Halbleiterzone H vom Leitungstyp der Kollektorzone umgeben, die wiederum von einer Separa tionszone SEP umgeben ist. Die nicht von der Emitter zone E, den Kollektorbereichen K 1, K 2, K 3, K 4 und der Halbleiterzone H eingenommenen Bereiche des Lateral transistors sind Bereiche der Basiszone B des Lateral transistors.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 kann es beispiels weise vorkommen, daß die einzelnen Kollektorbereiche unterschiedlich in die Sättigung gehen. Sind die ein zelnen Kollektorbereiche beispielsweise jeweils mit Stromdetektoren verbunden, so können die Stromdetekto ren ermitteln, wann welcher Kollektorbereich in die Sättigung geht. Die einzelnen Kollektorbereiche können natürlich flächenmäßig gleich oder unterschiedlich be messen sein, und zwar je nach dem Anwendungszweck.

Der Lateraltransistor der Fig. 6 unterscheidet sich vom Lateraltransistor der Fig. 5 dadurch, daß einer der dort vorhandenen drei Kollektorbereiche, und zwar im Ausführungsbeispiel der Kollektorbereich K 1 mit der Halbleiterzone H vom Leitungstyp der Kollektorzone elek trisch leitend verbunden ist. Wegen der elektrisch lei tenden Verbindung des einen Kollektorbereiches K 1 mit der Halbleiterzone H erhält die Halbleiterzone H auch dann einen Strom, wenn die nicht mit der Halbleiterzone H verbundenen Kollektorbereiche noch nicht in der Sät tigung sind. Der Strom, der zur Halbleiterzone H fließt, wird jedoch größer, wenn einer der nicht mit der Halb leiterzone H verbundenen Kollektorbereiche (K 2, K 3) oder beide der nicht mit der Halbleiterzone H verbun denen Kollektorbereiche (K 2, K 3) in die Sättigung ge hen. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung, kann man beispielsweise zunächst eine Stromverstärkung von T 1 von z.B. 5 vorgeben. Bei Erreichen der Sättigung wird dann die Stromverstärkung beispielsweise auf 1 zurück genommen.

Die Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Halbleiterzone H vom Leitungstyp der Kol lektorzone in zwei Bereiche H 1 und H 2 aufgeteilt ist. Beide Bereiche H 1 und H 2 sind konzentrisch zur Emitter zone E angeordnet und umgeben die Kollektorzone E. Auch bei der Anordnung der Fig. 7 ist eine Separationszone SEP vorhanden. Die Aufteilung der Halbleiterzone H in zwei Bereiche H 1 und H 2 hat beispielsweise den Vorteil, daß der eine Halbleiterbereich (z.B. H 1) mit einer Lo gik bzw. einem Stromdetektor und der andere Halbleiter bereich (z.B. H 2) mit dem Emitter des nachfolgenden Verstärkertransistors verbunden werden kann. Auf diese Weise erhält man gleichzeitig die beiden Vorteile, die in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben wor den sind.

Der Lateraltransistor der Fig. 8 unterscheidet sich vom Lateraltransistor der Fig. 3 dadurch, daß die Halb leiterzone H vom Leitungstyp der Kollektorzone von ei ner Schutzzone S umgeben ist, die ebenfalls den Lei tungstyp der Kollektorzone aufweist. Während die Halb leiterzone H vom Leitungstyp der Kollektorzone mit ei nem anderen elektrischen Bauelement der Schaltung wie z.B. mit einem Stromdetektor oder mit einem Verstärker transistor elektrisch leitend verbunden ist, ist die Schutzzone S mit der Basiszone des Lateraltransistors elektrisch leitend verbunden. Die Schutzzone S ist vor allem dann sinnvoll, wenn der Lateraltransistor von den übrigen Bauelementen der integrierten Schaltunganord nung durch eine Separationszone (SEP) elektrisch ge trennt ist. Durch die Schutzzone S wird in diesem Fall unterbunden, daß die Hilfszone H zusammen mit dem zwi schen ihr und der Isolationszone vorhandenen Basisbe reich und der Separationszone (SEP) einen parasitären Transistor bildet, der zu unerwünschten parasitären Strömen führt.

Die Fig. 9 (9a, 9b) zeigt einen Lateraltransistor nach der Erfindung mit einem in der Mitte befindlichen Ba sisbereich B, der von einer Basiselektrode (BE) kontak tiert ist. Der Basisbereich B ist von einer rahmenfor migen Emitterzone E umgeben. Die Kollektorzone K des Lateraltransistors der Fig. 9 ist U-förmig ausgebil det. Die Kollektorzone K ist von einer Halbleiterzone H 1 vom Leitungstyp der Kollektorzone umgeben, die wie derum von einer (zweiten) Halbleiterzone H 2 vom Lei tungstyp der Kollektorzone umgeben ist. Die Halbleiter zonen H 1 und H 2 sind rahmenförmig ausgebildet. Zwischen den Halbleiterzonen H 1 und H 2 befindet sich ein Bereich B der Basiszone. Der Lateraltransistor der Fig. 9 ist von einer Separationszone SEP umgeben, deren Leitungs typ mit dem der Halbleiterzonen H 1 und H 2 und damit mit dem Leitungstyp der Kollektorzone K übereinstimmt. Wie die Fig. 9b zeigt, ist der mittlere Basisbereich B über eine hochdotierte Halbleiterzone B′ vom Leitungs typ der Basiszone mit einer im Halbleiterkörper befind lichen buried layer B′′ verbunden, die ebenfalls den Leitungstyp der Basiszone aufweist. Die buried layer B′′ verbessert die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Basiselektrode BE in der Mitte des Lateraltransi stors und den weiter außen liegenden Basisbereichen.

Beim Lateraltransistor der Fig. 9 wird zunächst nur der Teilbereich H 1′ der Halbleiterzone H 1 aktiv. Sobald jedoch die Kollektorzone K in die Sättigung geht, wird die gesamte Halbleiterzone H 1 als "Ringkollektor" ak tiviert.

Die Kollektorzone K und die Hilfszone H des Lateraltran sistors sind im allgemeinen konzentrisch zur Emitter zone des Lateraltransistors angeordnet. Dies gilt auch für den Fall, daß die Kollektorzone K und/oder die Halb leiterzone H in mehrere Bereiche aufgeteilt sind. Die Kollektorzone K und/oder die Halbleiterzone H ist bei spielsweise ring- oder rahmenförmig ausgebildet. Ist die Kollektorzone K und/oder die Halbleiterzone H in mehrere Bereiche unterteilt, so liegen diese Bereiche vorzugsweise auf einem gedachten Ring (Ringsegmente) oder Rahmen. Die Bereiche der Kollektorzone K und/oder der Halbleiterzone H können je nach Anwendungszweck gleiche oder unterschiedliche Abmessungen haben. Dies gilt beispielsweise bezüglich deren Länge und Breite bzw. Flächenausdehnung.

Claims

1. Integrierte Schaltungsanordnung mit einem Lateral transistor, dadurch gekennzeichnet, daß der Lateral transistor (T 1) eine Halbleiterzone (H) vom Leitungstyp der Kollektorzone des Lateraltransistors (T 1) aufweist, daß die Halbleiterzone (H) vom Leitungstyp der Kollek torzone die Kollektorzone(n) (K, K 1...K _n) des Lateral transistors (T 1) zumindest teilweise umgibt und daß die Halbleiterzone (H) vom Leitungstyp der Kollektorzone mit dem Emitter eines dem Lateraltransistor (T 1) nach geschalteten Verstärkertransistors (T 2) oder mit einem Stromdetektor (SD) elektrisch leitend verbunden ist.

2. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Halbleiterzone (H 2) oder mehrere Halbleiterzonen (H 2 ... H _n) vom Lei tungstyp der Kollektorzone vorgesehen ist (sind), die die erste Halbleiterzone (H 1) vom Leitungstyp der Kol lektorzone umgibt (umgeben).

3. Integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzzone (S) vom Leitungstyp der Kollektorzone vorgesehen ist, die die Halbleiterzone(n) (H, H 1 ... H _m) vom Leitungstyp der Kollektorzone umgibt und die mit der Basiszone (B) des Lateraltransistors (T 1) elektrisch leitend verbunden ist.

4. Integrierte Schaltungsanordnung nach einem der An sprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet daß die Hal bleiterzone(n) (H, H 1 ... H _m) vom Leitungstyp der Kol lektorzone die Kollektorzone(n) (K, K 1 ... K _n) ringför mig oder rahmenförmig umgibt (umgeben).

5. Integrierte Schaltungsanordnung nach einem der An sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kol lektorzone (K) des Lateraltransistors (T 1) und/oder die Halbleiterzone(n) (H, H 1 ... H _m) in mehrere Bereiche aufgeteilt sind.

6. Integrierte Schaltungsanordnung nach einem der An sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einer oder mehrere Bereiche der Kollektorzone (K) mit dem ihn (sie) umgebenden Halbleiterbereich (H, H 1) vom Leitungstyp der Kollektorzone elektrisch leitend verbunden ist (sind).

7. Integrierte Schaltungsanordnung nach einem der An sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strom detektor (SD) eine Logik (L) nachgeschaltet ist.